德州仪器PCM1770与PCM1771芯片：低电压立体声音频DAC的卓越之选

在当今的音频设备设计领域，低电压、低功耗且高性能的音频数模转换器（DAC）始终是工程师们梦寐以求的关键组件。德州仪器（TI）的PCM1770和PCM1771便是这样两款出色的CMOS单片集成电路，专为满足便携式音频设备及其他低电压应用的严格需求而精心打造。

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芯片特性概览

模拟性能卓越

PCM1770和PCM1771内置耳机放大器，在单电源供电（(V{CC})，(V{HP}=2.4V)）的条件下，展现出了令人瞩目的模拟性能。其动态范围可达98dB（典型值），在0dB时总谐波失真加噪声（THD + N）仅为0.1%（典型值），在 - 20dB时更是低至0.04%（典型值）。此外，在负载电阻(R_{L}=16Ω)时，立体声输出功率可达13mW，单声道输出功率高达26mW，能为用户带来清晰、纯净的音频体验。

低电压与低功耗

这两款芯片采用1.6 - 3.6V的单电源供电，显著降低了功耗。在(V{CC}=V{HP}=2.4V)的情况下，功耗仅为6.5mW，非常适合对电池续航要求较高的便携式设备。

灵活的时钟与采样频率

系统时钟支持(128f{S})、(192f{S})、(256f{S})和(384f{S})多种频率，采样频率覆盖5kHz - 50kHz，能够灵活适应不同的音频应用场景。

丰富的控制方式

PCM1770支持软件控制，提供16、20、24位的字长选择，支持左对齐、右对齐和I2S等多种数据格式，还具备从/主模式可选、数字衰减（0dB至 - 62dB，1dB/步）、44.1kHz数字去加重、零交叉衰减、数字软静音、单声道模拟输入混合和单声道扬声器模式等功能。而PCM1771则采用硬件控制，同样支持左对齐和I2S数据格式、44.1kHz数字去加重和单声道模拟输入混合。

无爆音电路设计

芯片配备了无爆音电路，有效避免了在开机、关机或音量调节过程中产生的爆音干扰，提升了音频的播放质量。

宽电压容限与多样封装

数字输入和输出均与CMOS兼容，所有逻辑输入可承受3.3V电压，并且提供TSSOP - 16和VQFN - 20两种封装形式，方便工程师根据实际需求进行选择。

技术细节剖析

系统时钟与复位

PCM1770和PCM1771需要系统时钟来驱动数字插值滤波器和多级∆ - Σ调制器。系统时钟通过SCKI引脚输入，为了获得最佳性能，应选择低相位抖动和噪声的时钟源。在电源上电和时钟稳定后，必须将PD引脚从低电平设置为高电平，以完成上电复位操作。在上电和断电过程中，严格遵循特定的时序要求，可以有效避免爆音的产生。

音频串行接口

音频串行接口由3线同步串口组成，包括LRCK、DATA和BCK引脚。BCK作为串行音频位时钟，将DATA引脚上的串行数据时钟输入到音频接口的串行移位寄存器中；LRCK作为串行音频左右字时钟，将串行数据锁存到串行音频接口的内部寄存器中。PCM1770的LRCK和BCK支持从模式和主模式，可通过FMT寄存器进行设置。

数据格式与时序

PCM1770支持标准、I2S和左对齐等多种行业标准音频数据格式，PCM1771则支持I2S和左对齐数据格式。数据格式可通过控制寄存器或引脚进行选择，默认数据格式为24位左对齐从模式。所有格式均要求二进制补码、MSB优先的音频数据。

控制方式

硬件控制（PCM1771）

PCM1771的数字功能可通过硬件进行控制，用户可以选择16 - 24位的左对齐或I2S数据格式，通过DEMP引脚控制44.1kHz数字去加重功能的开启或关闭，通过AMIX引脚控制模拟混合功能的开启或关闭。

软件控制（PCM1770）

PCM1770具有丰富的可编程功能，可通过MS、MC和MD引脚对内部寄存器进行编程控制。软件控制接口是一个异步于串行音频接口的3线串行端口，用于对片上模式寄存器进行编程。

寄存器功能

PCM1770的模式控制寄存器包含了多个用户可编程的功能，如软静音控制、数字衰减设置、过采样率控制、极性控制、模拟混合控制、数字去加重控制、音频数据格式选择、零交叉衰减和电源关断控制等。这些功能可以通过对相应寄存器的位进行设置来实现。

应用设计要点

连接与布线

在设计电路时，应按照推荐的连接图进行布线，确保电源旁路和去耦组件的正确使用。对于SCKI、LRCK、BCK和DATA输入，建议使用22Ω - 100Ω的串联电阻，以减少高频噪声干扰和抑制时钟及数据线上的毛刺和振铃。

电源与接地

PCM1770和PCM1771需要2.4V的典型模拟电源，为了获得最佳性能，建议使用线性稳压器从模拟电源中获取2.4V电源。同时，要注意电源的旁路和接地设计，使用合适的电容进行滤波。

输出保护

由于芯片内部未实现输出短路保护电路，因此不允许将(H{OUT}L)和(H{OUT}R)引脚持续短路到地、电源或相互短路。如果应用中存在短路的可能性，应在(H_{OUT}x)引脚的相位补偿电路和应用电路（如耳机插孔）之间添加8Ω或更高的串联电阻。

模拟输入处理

芯片的模拟输入AIN（引脚10）可与耳机输出进行内部混合。在混合模式下，需要为AIN添加交流耦合电容。同时，由于AIN没有内部低通滤波器，建议将输入信号的带宽限制在100kHz以下，并确保连接到AIN的信号源具有低阻抗。

总结

德州仪器的PCM1770和PCM1771芯片以其卓越的性能、丰富的功能和灵活的控制方式，为低电压立体声音频设备的设计提供了理想的解决方案。在实际应用中，工程师们只需根据具体需求合理选择芯片和配置参数，同时注意电路设计和布线的要点，就能够充分发挥这两款芯片的优势，打造出高品质的音频产品。

作为电子工程师，在使用这类高性能芯片时，我们应该不断探索和优化电路设计，以满足市场对音频设备日益增长的需求。你在以往的项目中是否使用过类似的音频DAC芯片？遇到过哪些挑战和问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。